Obserwacja narodzin pierwszych gwiazd i galaktyk jest od dziesięcioleci celem astronomów. Wyjaśni ewolucję Wszechświata.
Połączenia University of CambridgeZespół stworzył technikę, która umożliwi im zobaczenie i zbadanie pierwszych gwiazd poprzez obłoki wodorowe, które pokryły Wszechświat około 378,000 XNUMX lat po Wielkim Wybuchu. Ich metodologia, będąca częścią eksperymentu REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), poprawi jakość i wiarygodność obserwacji z radioteleskopów w tym nowym kluczowym czasie dla rozwoju Wszechświata.
Dr Eloy de Lera Acedo z Cavendish Laboratory w Cambridge, główny autor artykułu, powiedział: „W czasie, gdy powstały pierwsze gwiazdy, Wszechświat był w większości pusty i składał się głównie z Uwodornienia i hel. Z powodu grawitacji pierwiastki ostatecznie połączyły się z powodu grawitacji, a warunki były odpowiednie do fuzji jądrowej, która utworzyła pierwsze gwiazdy. Ale były otoczone chmurami tak zwanego neutralnego wodoru, które dobrze absorbują światło, więc trudno jest wykryć lub zaobserwować światło za chmurami.”
„Rzeczywisty wynik wymagałby wyjaśnienia nowej fizyki ze względu na temperaturę gazu wodorowego, który powinien być znacznie niższy niż pozwala na to nasze obecne rozumienie Wszechświata. Ewentualnie niewyjaśniona wyższa temperatura promieniowania tła – zwykle uważana za dobrze znaną Kosmiczne tło mikrofalowe – może być przyczyną.”
„Implikacje byłyby ogromne, gdybyśmy mogli potwierdzić, że sygnał znaleziony we wcześniejszym eksperymencie pochodził z pierwszych gwiazd”.
Astronomowie badają 21-centymetrową linię, sygnaturę promieniowania elektromagnetycznego z wodoru w wczesny Wszechświat, aby zbadać ten etap Ewolucja Wszechświata, który jest często określany jako Kosmiczny świt. Szukają sygnału radiowego, który porównuje promieniowanie wodoru z promieniowaniem za mgłą wodorową.
Technika stworzona przez naukowców wykorzystuje statystykę bayesowską do identyfikacji sygnału kosmologicznego w obecności interferencji teleskopu i ogólnego szumu nieba, umożliwiając rozróżnienie sygnałów. W tym celu potrzebne są najnowocześniejsze techniki i technologie z różnych dziedzin.
Wykorzystali symulacje, aby naśladować rzeczywistą obserwację przy użyciu wielu anten, co poprawia wiarygodność danych – wcześniejsze obserwacje opierały się na jednej antenie.
de Lera Acedo powiedział: „Nasza metoda wspólnie analizuje dane z wielu anten i w szerszym paśmie częstotliwości niż równoważne obecne instrumenty. Takie podejście zapewni nam niezbędne informacje do naszej analizy danych bayesowskich”.
„W istocie zapomnieliśmy o tradycyjnych strategiach projektowania i zamiast tego skupiliśmy się na zaprojektowaniu teleskopu dopasowanego do sposobu, w jaki planujemy analizować dane – coś w rodzaju projektu odwróconego. To może pomóc nam zmierzyć rzeczy od Kosmicznego Świtu do epoki rejonizacji, kiedy… Uwodornienia Wszechświat został zrejonizowany”.
Budowa teleskopu jest obecnie finalizowana w rezerwacie radiowym Karoo w RPA, miejscu wybranym ze względu na doskonałe warunki do prowadzenia obserwacji nieba. Daleki jest od zakłóceń częstotliwości radiowych powodowanych przez człowieka, takich jak sygnały telewizyjne i radiowe FM.
Profesor de Villiers, współkierujący projektem na Uniwersytecie Stellenbosch w RPA, powiedział: „Chociaż technologia antenowa zastosowana w tym instrumencie jest raczej prosta, trudne i zdalne środowisko wdrażania oraz ścisłe tolerancje wymagane w produkcji sprawiają, że jest to bardzo trudny projekt do pracy”.
Dodał: „Jesteśmy bardzo podekscytowani, widząc, jak dobrze system będzie działał i mamy całkowitą pewność, że dokonamy tego nieuchwytnego wykrycia”.
Referencje czasopisma:
- E. de Lera Acedo i wsp.: „Radiometr REACH do wykrywania 21-cm sygnału wodoru z przesunięcia ku czerwieni z ≈ 7.5–28”. Natura Astronomia (lipiec 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
